[熱流] Fans, Blowers and Forced Convection

前情提要

● 前篇文章中的留言:

● 我的想法: 想要知道一個風扇的性能，通常會利用風洞去繪製該風扇的P-Q curve (一種描述風扇的性能曲線)。P-Q curve上的風扇轉速(rpm)與系統阻抗(system impedance)決定了該condition下的CFM(英制體積流率)。「風扇能解幾瓦？」的粗略估算過程：CFM --> 流速 --> Re數 --> Nu數 --> 熱對流係數h --> 再透過牛頓冷卻定理(經驗公式) --> 熱通量q" [W/m^2] --> 單位時間可被流場帶走的熱能Watt [J/s]。至於為何說是粗估，是因為牛頓冷卻定理是一條描述「巨觀」熱對流的「經驗公式」。同一個系統(ex: server/PC)中所包含的熱傳尺度/幾何外型/材料參數皆非單純一種，這種流-固耦合的熱對流行為是複雜的，稱為Conjugate Convective Heat Transfer。此種議題幾乎無法靠人去算(無法查表)，因此基於統御方程中的Energy Equation並結合數值方法&電腦，最終於1980年代催生出「熱傳版本的CFD」by S.V. Patankar and D.B. Spalding。其中S.V. Pantankar所著之“Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”在熱流模擬領域被奉為經典，但由於是43年前的參考書，書中部分關於FVM (Finite Volume Method)的方法像是staggered grid就顯得過於老舊不靈活。